DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.3.05

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОБАСТНОГО РЕГУЛЯТОРА СКОРОСТИ СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

N. J. Khlopenko

Анотація


Цель. Целью работы является расчет и проектирование робастного регулятора скорости частотно-регулируемого асинхронного электропривода с параметрической неопределенностью и наличием помех в канале обратной связи. Методология. Расчет и проектирование регулятора проводился в четыре этапа. На первом этапе строилась линеаризованная математическая модель объекта управления с параметрической неопределенностью и рассчитывалась в пакете Robust Control Toolbox передаточная функция Н-субоптимального регулятора по методу смешанной чувствительности. На втором этапе исследовалась устойчивость робастной системы и точность стабилизации скорости асинхронной машины при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах. На третьем этапе изучалось в пакете Simulink влияние помех, возникающих в канале обратной связи, на скорость электродвигателя. На заключительном этапе выполнялось разложение передаточной функции Н∞-субоптимального регулятора в цепную дробь по алгоритму Евклида. Эта дробь использовалась для построения электрической схемы регулятора. Результаты. Проведено компьютерное моделирование передаточной функции Н-субоптимального регулятора, системы робастной стабилизации скорости частотно-регулируемого электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах, а также при наличии помех различной интенсивности в канале обратной связи. Выбор варьируемых параметров осуществлялся по методу Монте-Карло. Построены кривые переходных процессов скорости асинхронной машины с параметрической неопределенностью и при размахах помех, а также диаграмма Боде для разомкнутой системы. По разбросу полученных кривых переходных процессов определялась точность стабилизации скорости машины, а по диаграмме Боде – запасы устойчивости по амплитуде и фазе робастной системы. Они находятся в пределах допусков при сравнительно больших отклонениях варьируемых параметров и размахах помех. На базе проведенных исследований разработана электрическая схема Н-субоптимального робастного регулятора. Новизна. Разработана математическая модель и предложена методика расчета и проектирования Н-субоптимального робастного регулятора скорости системы частотного управления асинхронного электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах и наличии помех в канале обратной связи, обеспечивающая устойчивость системы с допускаемыми запасами по амплитуде и фазе и высокую точность стабилизации скорости машины в пределах допусков неопределенных параметров системы и помех. Практическое значение. Полученная структура регулятора из аналоговых элементов дает возможность проводить модернизацию систем частотного управления электроприводов, находящихся в эксплуатации, с минимальными финансовыми затратами. 

Ключові слова


электропривод асинхронный; частотное управление; робастный регулятор; электрическая схема

Повний текст:

PDF ENG (English) PDF RUS

Посилання


Balandyn D.V., Kogan, M.M. Sintez zakonov upravlenija na osnove linejnyh matrichnyh neravenstv [Synthesis of control rules based on linear matrix inequalities]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 280 p. (Rus).

Pupkov K.A., Egupov I.D. Metody klassicheskoi i sovremennoi teorii avtomati-cheskogo upravleniia: Uchebnik v 5 tomakh. Tom 3: Sintez reguliatorov sistem avtomaticheskogo upravleniia [Methods of the classical and modern theory of automatic control: A textbook in 5 vols. Vol. 3: Synthesis of regulators of automatic control systems].Moscow,BaumanMoscowStateTechnicalUniversity Publ., 2004. 616 p. (Rus).

Nikitina T.B. Pareto optimal solution of multiobjective synthesis of robust controllers of multimass electromechanical systems based on multiswarm stochastic multiagent optimization. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no. 2, pp. 34-38. doi: 10.20998/2074-272X.2017.2.05.

Richard Y., Chiang R., Michael G., Safonov M. MATLAB: Robust Control Toolbox. User’s Guide. Version 2, 1998. 230 p. Available at: http://www.mathworks.com (Accessed 14 May 2018).

Rigatos G., Siano P., Wira P., Profumo F. Nonlinear H-infinity Feedback Control for Asynchronous Motors of Electric Trains. Intelligent Industrial Systems, 2015, vol. 1, no. 2, pp. 85-98. doi:10.1007/s40903-015-0020-y.

KhlopenkoN.J., Khlopenko I.N. Structural synthesis of a stabilizing robust controller of the rotor flux linkage. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no. 1, pp. 21-25. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2017.1.04.

Khlopenko I.N., Rozhkov S.A., Khlopenko N.J. Stability and accuracy of the robust system for stabilizing the rotor flux-linkage of an asynchronous electric drive at random variations of the uncertain parameters within the specified boundaries. Electrical engineering & electromechanics, 2018, no.4, pp. 35-39. doi: 10.20998/2074-272X.2018.4.06.

Khlopenko N., Rozhkov S., Khlopenko I. Filtration Of Undesired Signals By The Robust Controller In The Rotor Flux-Linkage Control System. Scientific Bulletin Kherson State Maritime Academy, 2019, vol. 1, no. 20, pp. 122-131. (Rus). doi: 10.33815/2313-4763.2019.1.20.122-131.

Khlopenko N.Y., Rozhkov S.O., Khlopenko I.M. Sistema vektornogo keruvannya shvidkіstyu asinhronnogo elektrodviguna [Asynchronous motor vector speed control system]. Patent UA, no. 137157, 2019. (Ukr).

Kliuchev V.I. Teoriia elektroprivoda [Theory of the electric drive]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2001. 704 p. (Rus).

Usol'tsev A.A. Chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigateliami: uchebnoe posobie [Frequency Control of Asynchronous Motors: A Tutorial]. St. Petersburg, SPbGU ITMO Publ., 2006. 94 p. (Rus).


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Баландин Д.В., Коган М.М. Синтез законов управления на основе линейных матричных неравенств. – М.: Физматлит, 2007. – 280 с.
  2. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в пяти томах. Том 3: Синтез регуляторов систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова и И.Д. Егупова. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. – 616 с.
  3. Никитина Т.Б. Парето-оптимальное решение многокритериальной задачи синтеза робастных регуляторов многомассовых электромеханических систем на основе многороевой стохастической мультигенной оптимизации. Електротехніка і електромеханіка, 2017, № 2, С. 34-38. doi: 10.20998/2074-272X.2017.2.05.
  4. Richard Y., Chiang R., Michael G., Safonov M. MATLAB: Robust Control Toolbox. User’s Guide. Version 2, 1998. – 230 p. – Режим доступа: http://www.mathworks.com.
  5. Rigatos G., Siano P., Wira P., Profumo F. Nonlinear H-infinity Feedback Control for Asynchronous Motors of Electric Trains. Intelligent Industrial Systems, 2015, vol. 1, no. 2, pp. 85-98. doi:10.1007/s40903-015-0020-y.
  6. Хлопенко Н.Я., Хлопенко И.Н. Структурный синтез стабилизирующего робастного регулятора потокосцепления ротора. Електротехніка і електромеханіка, 2017, № 1, С. 21-25. doi: 10.20998/2074-272X.2017.1.04.
  7. Хлопенко И.Н., Рожков С.А., Хлопенко Н.Я. Устойчивость и точность робастной системы стабилизации потокосцепления ротора асинхронного электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров в заданных границах, Електротехніка і електромеханіка, 2018, № 4, С. 35-39. doi: 10.20998/2074-272X.2018.4.06.
  8. Хлопенко Н.Я., Рожков С.А., Хлопенко И.Н. Фильтрация помех робастным регулятором в системе управления потокосцеплением ротора. Науковий вісник Херсонської державної морської академії, 2019, № 1 (20), С. 122-131. doi: 10.33815/2313-4763.2019.1.20.122-131.
  9. Хлопенко М.Я., Рожков С.О., Хлопенко І.М. Патент України на корисну модель № 137157. Система векторного керування швидкістю асинхронного електродвигуна. Заявл. 18.03.2019; опубл. 10.10.2019. Бюл. № 19.
  10. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 2001. – 704 с.
  11. Усольцев А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. – 94 с.

 





Copyright (c) 2020 N. J. Khlopenko


This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

ISSN 2074–272X (Print)
ІSSN 2309–3404 (Online)